含铝固体推进剂铝团聚抑制方法研究进展

固体推进剂燃烧过程中铝团聚现象会引起诸如两相流损失、熔渣沉积、比冲降低和燃料能量释放不完全等一系列负面影响。因此,铝团聚抑制方法的研究对于提高发动机性能具有重要意义。本文简要介绍了固体推进剂燃烧过程中铝颗粒团聚过程及其影响因素,重点介绍了目前铝团聚抑制方法的研究进展,并分析和总结了现有抑制方法的机理和优缺点。最后,提出了未来需要关注的几个研究方向。     

嵌银丝低易损推进剂增速比和综合燃速试验研究

针对嵌银丝端羟基聚醚（HTPE）低易损推进剂的复杂燃烧过程，采用水下声发射法对增速比和综合燃速随基础燃速、压强、银丝直径及温度的变化规律开展试验研究。结果显示，低压下推进剂的综合燃速随基础燃速的增大整体呈上升趋势，而增速比呈下降趋势；综合燃速随压强的增大呈上升趋势，增速比高压段低于低压段，平均值相差24%；推进剂增速比随银丝直径增大先增大后减小，存在一个最佳银丝直径为0.25mm，使得增速比最大；综合燃速和增速比随推进剂的温度增加呈上升趋势。     

NEPE推进剂燃烧表面铝团聚物动态行为研究

针对NEPE推进剂燃烧表面铝团聚物的动态行为，在1,2,3MPa的N2环境中，对NEPE推进剂中铝团聚物在燃烧表面和脱离燃面后的动态燃烧过程进行了研究，提出了燃面与铝颗粒联合运动的简化理论模型。结果表明，铝颗粒的团聚分为堆积、聚集和团聚三个过程，铝团聚物在燃烧表面以及脱离燃面后均可能发生二次团聚，铝团聚物的二次团聚过程通常会形成大尺寸的铝团聚物。通过燃面与铝颗粒协同运动的简化理论模型，认为铝团聚的团聚时间受到压强、铝颗粒的体积分数和半径的影响。同尺寸铝团聚物的团聚时间随着压强的增大而较小，且在高压环境中的影响程度降低，与理论模型一致。同时压强会影响铝团聚物脱离燃面后的随流运动速率，同一压强条件下，直径越小的初始团聚物随流运动速率越快，直径越大的初始团聚物随流运动速率越慢。     

细粒度AP的改性双基推进剂燃速预示模型

在一维气相稳态反应流模型的基础上,讨论了细粒度AP对改性双基(CMDB)推进剂燃速的影响,引入工艺粒度d*s,修正了AP对燃烧表面结构影响因子fAP和分解影响因子gAP,建立了适用于细粒度AP的CMDB推进剂燃速预示模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP-Al-CMDB推进剂的燃速。结果表明:在压强9.8～19.6MPa条件下,不同AP粒度和含量下的燃速计算结果和实验结果吻合较好,大部分误差在5.0%,检验了模型的可靠性,对推进剂配方研制具有较好的指导意义。     

包覆及团聚硼对富燃料推进剂燃烧性能的影响

研究了硼粉表面包覆材料的种类和含量及团聚硼的含量对富燃料推进剂燃烧性能的影响。结果表明,团聚硼有利于提高推进剂的燃速与燃速压强指数;包覆材料AP的含量对推进剂燃烧性能的影响较为复杂,低含量有利于提高推进剂的低压燃速,但对燃速压强指数不利,高含量有利于提高推进剂的燃速压强指数,但对低压燃速不利;包覆材料L iF有利于提高推进剂的低压燃速,但过高的含量降低了推进剂的燃速压强指数。     

推进剂燃速预估

作者对小粒子组合模型(PEM)中的某些公式及参数进行了修改.在此基础上,计算了35组含铝丁羟推进剂的燃速,考察了氧化剂级配及催化剂等对推进剂燃速的影响.燃速计算值与实测值符合程度高,即90%的计算燃速值与实测值的相对误差在±10%之内.     

含铝复合推进剂燃速计算研究

本文专门探讨了利用 PEM模型计算含铝复合推进剂的燃速和压强指数。文中提出一种确定假想推进剂配方的新方法 ,并以此为基础建立了一个扩展和改进的 PEM模型 ,利用该模型计算了含铝推进剂的燃速和压强指数     

气相和粒子冲刷速度对丁羟推进剂燃速影响分析

基于试验获得的气相和粒子冲刷条件下的固体推进剂燃速数据,采用误差反向传播算法(BP算法)的人工神经网络技术开展了推进剂的燃速特性分析。网络训练和预示结果表明,利用BP算法开展冲刷条件下的燃速影响因素分析的精度在4%以内。分析结果表明,气相和粒子冲刷速度都会影响固体推进剂的燃速。在低气相速度条件下,推进剂燃速对粒子冲刷速度的变化更为敏感。粒子冲刷对固体推进剂燃速的影响存在界限效应,当粒子冲刷速度大于某一界限值时,推进剂燃速增加幅度增大,并由粒子冲刷主导。     

超高燃速固体推进剂研究概况

文中对多孔超高燃速推进剂(μ≥1000mm/s)的研究进展、多孔固体推进剂的研究内容、燃烧特性及有关配方作了介绍。最后总结了多孔超高燃速推进剂在密闭爆发器中和作为火炮随行装药的实验研究结果。     

在高燃速推进剂中粗颗粒铝粉的作用

本文用50μm铝粉作复合固体推进剂金属燃料,与大量超细氧化剂(AP)组成合理级配,改善了药浆流变特性,有利于提高燃速。50μm铝粉的推进剂药条的燃速及φ118发动机推进剂的燃速比相应的填加30μm铝粉的高2～3mm/s。讨论了50μm铝粉对推进剂工艺和燃速所起的作用。     

复合推进剂中铝粉凝聚的链反应模型

本文提出了描述复合火箭推进剂(HTPB/Ap/AL)体系中铝粉凝聚的新模型——链反应模型。定义并推导出了铝粉的凝聚速率、平均凝聚程度及铝凝滴直径大小分布函数的具体表达式,从中可明显看到推进剂燃速、铝粉含量与铝粉粒度,Ap粒度及燃烧室压力等因素对铝粉凝聚程度的影响趋势,并且与现有的实验结果完全相符。     

双级配的氧化剂粒度对推进剂中铝燃烧的影响

本文通过实验研究,从凝聚程度的大小和燃烧完全性两方面,证实了氧化剂AP粒度是影响推进剂中铝燃烧的重要因素,实验结果支持了Cohen,N.S.提出的“口袋模型”。本文对双级配的AP粒度的影响进行了较为详细的讨论,提出在实际配方中较为合适的氧化剂级配比例范围。      

固体推进剂瞬态燃烧模型及其在液体喷射熄火研究中的应用

本文提出了一种固体推进剂瞬态燃烧模型。它考虑了凝相分布化学反应和辐射热流的深层吸收。以及燃面上的能量损失 ;在气相发展了空间分布厚火焰模型以求得有蒸汽掺混情况下的火焰热反馈。运用该模型能统一揭示快速降压、降热辐射和液体喷射等多种外界扰动下 ,推进剂的瞬变燃烧行为和熄火所需的临界参数。对液体喷射工况下进行的理论预示与实验结果相一致。     

加速度对含铝复合推进剂瞬时燃速的影响

本文研究了加速度向量对含铝复合推进剂瞬时燃速的影响.其中包括加速度大小和方向对推进剂瞬时燃速增加率的影响和在同一加速度条件下铝粉粒径、铝粉含量和铝粉形状对瞬时燃速增加率的影响.此外,还对研究结果进行了分析和讨论.     

Pre and post-burning analysis of nano-aluminized solid rocket propellants

Nano-aluminized propellants are investigated and compared with corresponding micro-aluminized propellants in order to evaluate the actual pros and cons in the use of metal nano-powders for solid rocket applications. A detailed characterization of the original metal powder and condensed combustion products is performed and discussed. Under the explored operating conditions, the results confirm that nano-aluminized propellants show larger steady burning rate, without significant change in pressure sensitivity, and lower aggregation/agglomeration phenomena in combustion products. Combustion efficiency is in turn favored by those factors reducing the importance of aggregation/agglomeration phenomena in the combustion process.     

国外固体推进剂性能研究的新进展

介绍当前国外固体推进剂性能研究的一些新进展，固体推进剂力学性能的理论研究取得了一些有应用价值的结果。粘合剂；催化剂对燃速影响的研究正在深入。安全、高效和连续化的混合工艺及其设备的研究方兴未艾。热塑性弹性体用作推进剂粘合剂的研究已受到关注。     

过渡金属氧化物催化作用的表征

本文系统地研究了TMO(过渡金属氧化物)对AP热分解性能和AP/AI/HTPB推进剂燃速的催化作用.结果发现,TMO对AP热分解反应和AP/AI/HTPB推进剂燃速的催化作用是一致的.文中指出了与AP热分解反应和AP/AI/HTPB推进剂燃速同时有关的表征参数,为采用热分析实验预估含铝推进剂的燃速奠定了基础.     

AP/HTPB推进剂凝聚相反应对燃速的影响

W.G.Schmidt[1]和K.Kishore等人[2、3]从推进剂实际燃烧过程发生在气相,而推进剂组分相对又不挥发的观点出发,得出在固相中必定要先发生一系列产生气态产物的凝聚相反应的结论。由于气相反应比凝聚相反应快得多,因而得出凝聚相反应是推进剂燃烧过程的主要控制步骤。      

RDX-CMDB推进剂燃烧性能的调节

调节燃速和降低压力指数是RDX-CMDB推进剂性能改善的技术关键之一.用同一种有机铅、铜盐催化剂对实测比冲为2000～2200N·s/kg的四种双基及RDX-CMDB推进剂进行试验研究表明:铅-铜-炭黑三种燃烧催化剂组合使用也可在RDX-CMDB无烟推进剂中获得良好的平台或麦沙效应.这里炭黑的加入起了关键作用,可用燃烧催化的铅-碳理论作进一步的解释.所述的铅、铜催化剂与四种碳黑搭配,可使所研究的四种推进剂燃速在14～29mm/s范围内调节.